GIS原理11 地图信息可视化

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【千言万语不如一张图】

除了逻辑数据和密码学之外,在日常生活中,语言是一维的,语言适合描述最绝对、最抽象的观点。当用一维语言描述多维环境中的复杂关系时,语言似乎非常苍白。 图的特性可以很好地展示多维实体或复杂关系。

文章目录

1 可视化及其意义 1.1 可视化

【什么是可视化】

看,看,看 –> 主动可视化 –> 被动:使…可见

【可视化的基本含义】

它是借助计算机图形学和图像处理技术,将科学计算中产生的大量非直观、抽象或不可见的数据直观、形象地以图形图像信息的形式表达出来,并进行交互处理和可视化。 交互性、多维性和可见性

【解说】说到专业场景的可视化一定是指计算机环境下的表达处理。

【历史】

可视化作为一个专业术语,最早由美国国家基金会于1987年提出,已从最初的科学计算可视化发展到数据可视化、信息可视化等新概念,内容也进一步扩展。

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1.2 地理信息可视化

【地理信息可视化】

它以地理信息科学、计算机科学、地图学、认知科学、信息传输科学和地理信息系统为基础,利用计算机技术、数字技术、多媒体技术直观、形象地表达、解释和传输地理空间信息。 揭示其规律是一门关于信息表达和传递的理论、方法和技术的学科。

【可视化方法】

从表演内容到空间维度

地图是地理空间信息可视化的主要且最常用的形式。

2 空间信息输出方式及类型 2.1 输出方式

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2.2 GIS产品输出类型 2.2.1 地图

地图自诞生以来一直是可视化的产物。

【地图】

它是空间实体的符号模型,是地理信息系统产品的主要表达形式。 根据地理实体的空间形式,常用的地图类型有位符号图、线符号图、面符号图、等高线图、立体三维图、阴影图等。 2.2.2 图像

【图片】也是空间实体的模型

它不使用符号方法,而是利用人类直观的视觉变量来表示实体在每个空间位置的质量特征。 它一般将空间范围划分为规则的单元(如网格),然后根据几何规则确定图像平面。 对应位置,用直观的视觉变量来表示单位的特征 2.2.3 统计图表

【统计图表】非空间信息可以用统计图表来表示

常用的统计图表形式有条形图、扇形图、直方图、折线图、散点图等统计表格。 数据直接表达在表格中,读者可以直接看到具体的数据值。 3 可视化一般原理 3.1 地图语言 三元地图符号、颜色、文字标注 3.2 视觉变量

【视觉变量】是指能够引起视觉差异的最基本的图形和颜色变化因素,也称为【基本图形变量】;

[最基本的视觉变量] J. Bertin et al. (方法)提出了6个最基本的视觉变量:形状、大小、方向、亮度、密度和颜色;

在此基础上,中国地图学者又增加了“结构”和“位置”两个变量。

[基本图形变量]

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3.3 可视化的一般原则 3.3.1 符号的使用

空间对象的特征在于其位置和属性。

【视觉变量的性质】

形状 色调、明度、色度和图案

【符号使用原则】

定位精度 易读性 视觉区分 绝对数据和派生数据映射中的符号配置 3.3.2 颜色的使用

【色彩的三大属性】

色相值(亮度) 色度(饱和度)

【色彩运用原则】

情感色彩

色彩与人类情感广泛相关,不同民族的文化特征和背景赋予色彩各自的含义和符号。 绘画时要充分考虑人的情感色彩和情绪,使效果更加人性化。色彩的习惯性运用

制图工作者在长期的研究和实践中总结出了一系列习惯色彩,有的已成为习惯,有的已成为标准化。 在数据表达中,必须充分考虑人们在长期图片阅读中形成的习惯和专业背景。配色方案

色彩配置方案主要通过色调、色值(亮度)和彩度(饱和度)的综合运用来表达不同地图对象的属性信息。

【分类】 3.3.3注释所用字体的变化:字体在字样、字形、字号、颜色等方面有所变化。 字体类型:选择字体类型时要考虑可读性、协调性和常规性。注释的可读性必须与协调的字体布局相平衡

【规则】 3.3.4 图片配置

【绘图配置】一张完整的地图内容包括地图轮廓、地图标题、图例、比例尺、指北针、制图时间、坐标系、主图、子图、符号、注释、颜色、背景等。

【要求】画面配置应主题突出、画面平衡、层次清晰、易于阅读,做到美感与逻辑的和谐统一,又不失人性化。

主题突出画面平衡图形背景视觉层次

[视觉层次]

它是指将三维效果或深度引入绘图的视觉设计和开发过程。 它根据绘图中每个元素的作用和重要性将绘图元素放置在不同的视觉层次中。 视觉层次一般可以通过插入、细分、结构、对比来实现。 3.3.5 制图内容的总体安排

【主图】主图是图幅的主体,应占据显着位置和较大的图像空间。

在区域空间方面,要突出主区域与相邻区域作为图形、背景的关系,增强主图区域的视觉对比度。 主图像的方向一般设置为上、北、南下。 但在某些特殊情况下,可考虑适当偏离正常的南北方向,并有明确的指向线。 移动地图:当测绘区域形状、地图比例尺、测绘区域大小难以协调时,可以将主地图的一部分移动到地图轮廓内更合适的区域。放大地图重要领域的

【副地图】是补充主地图内容不足的地图,例如主地图位置示意图、补充地图等。

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【图片标题】是最直观的展示地图主题的方式,应突出、醒目。

作为绘图整体设计的一个组成部分,可以看作是能够帮助绘图达到更好的整体平衡的图形。 一般可以放置在画面轮廓外的北上,也可以以横行或竖行的形式放置在画面轮廓的左上或右上位置。

[图例] 图例应尽可能集中在一起,并且通常放置在图画的角落里。

【刻度】刻度有数字、文字、线段三种表现形式。

地图的比例尺通常位于地图标题或图例下方。 地图上的比例尺以线性比例尺的形式最为有效和实用。比例尺不是必需的

【统计图表及文字说明】

更有效的主题总结和补充形式,可以丰富地图主题,活跃布局,有利于增强视觉平衡效果。 它在地图的构成中只占据次要位置。 数量不宜过多,尺寸也不宜过大。

【图片概要】

单张地图一般采用框架作为绘图区域。挂图的轮廓形状相对复杂,而桌面图表的轮廓相对简单。 有的用两条内细外粗的平行黑线来显示内外轮廓。

有的在图形轮廓上有经纬度标记,有的则有纵横网格供检索。 4 视觉表现形式及其发展

[视觉变量的扩展] 屏幕电子地图:动态符号。

【考虑因素】

出现时长:符号在屏幕上出现到消失的时间。 变化率:描述符号状态(方向、亮度、颜色等)变化的速度。 变化顺序:符号及其内部像素的变化顺序。 节奏:是符号的周期性变化。 规则说明 4.1 地图符号的设计与应用 地图符号是以视觉图像表示抽象地理概念的代表性符号。 直观、生动的地图符号不仅提供单个符号的直接语义信息,而且通过一组相互关联的符号提供综合信息。 地理信息 4.2 基础地理数据的可视化表达

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4.2.1 专题图数据的一般表示方法

【特征】

内容具体,重点关注一种或几种自然和社会因素,内容详细、完整。 专题地图内容广泛、题材多样。 在自然界和人类社会中,除了那些表面上看得见、可以测量的自然或人类现象外,还存在一些往往是看不见的或不能直接测量的现象。 自然现象或人文现象都可以作为专题地图的内容。 专题地图不仅可以表征现象的现状和分布,而且可以表征现象的动态变化和发展规律。 常用方法:定点符号法、线性符号法、质量基数法、等高线法、定位图法、极差法、点法、统计图法和移动线法等。

【表现形式】专题地图上常采用柱形图、剖面图、玫瑰图、塔形图、三角图等各种统计图表作为地图的补充。

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4.2.2 基础地图数据通用表示方法

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4.3 普通地图符号的建立方法。 矢量符号的建立。 光栅符号的建立。 4.3.1矢量符号的建立。 4.3.1.1 编程方法。 为每个地图符号或一组相同类型的地图符号编写一个绘图子程序(带有符号参数)。 ),建立符号库,实现适合可以用数学表达式描述的地图符号的地图对象的符号化。但程序设计量大,维护和更新困难。 4.3.1.2 信息块法

一种将符号离散化为数字信息块的方法。 符号信息和符号化过程是相互独立的。

[图元法]

地图符号进一步细分,构成符号的规则图形单元称为图元。 使用一组有序的原语来描述符号的方法称为原语方法。 规定地图符号的定位点或起点为符号坐标系原点,线符号的控制线方向为X轴。

【图元基本类型】点图元、线图元和面图元三种类型

点图元:表示具有规则几何形状的图形单元

包括椭圆(包括圆、椭圆弧和圆弧)、三角形(包括等腰三角形、等边三角形和直角三角形)、矩形(包括正方形)、菱形、扇形、星形和正多边形。不允许使用点基元使符号中的线基元变形

包括折线、曲线(如贝塞尔曲线、B样条曲线)等; 表面基元

表示用户定义的任意多边形,包括正多边形和弯曲多边形。

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4.3.2 网格符号的创建 4.4 三维透视显示

【立体透视显示】GIS的立体透视显示可以实现各种地形的三维表达。

【方式】

三维轮廓模型 3D线框透视模型 地形3D表面模型

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4.5 空间信息三维建模 4.5.1 LOD模型

【LOD】LOD(细节层次,LOD)模型

4.5.2 多分辨率建模方法 DEM + Orthophoto CAD、3DS、3DMAX 等精细建模 3D 编码数据 + 实际图像纹理 2D 线图数据 + 高度属性 + 纹理材质数据库 4.5.3 CAD 与 3D GIS 集成

【两种数据模型】

结构实体几何模型 (CSG) 边界表示模型 (BR) 4.5.3.1 结构实体几何模型 (CSG)

该模型在CAD领域应用最广泛

【基本思想】:利用预定义的简单形状(通常称为体元素或体素,如立方体、球体、圆柱体、圆锥体等)通过规则的集合运算(并、交、差)和刚体几何变换(平移),旋转)形成有序二叉树(称为CSG树)来表示复杂的几何形状。

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4.5.3.2 边界表达模型(BR)

理论上可以在大范围内建立三维模型

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4.5.3.3 意义 城市规划和建筑设计普遍采用CAD制作,CAD数据广泛可用。 CAD在三维模型的创建和编辑方面具有独特的技术优势。 一些复杂、难以创建,但非常实用的地物模型(如城市)使用CAD系统创建和编辑往往更方便(艺术建筑、交通导航中使用的信标等)。 4.6 三维景观显示

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4.6.1 基于纹理映射技术的地形三维景观 4.6.2 基于遥感影像的地形三维景观 4.6.3 基于地物叠加的地形三维景观 4.6.4 虚拟现实技术

[虚拟现实(VR)]

它是由计算机生成的集视觉、听觉、触觉等为一体的三维虚拟环境,用户使用特定的设备(如数据手套、头盔等)与虚拟环境以自然的方式交互影响。环境,从而获得与现实世界相同的体验以及在现实世界中难以经历的体验。 随着三维信息的出现和计算机图形技术的发展,地理信息的三维表示不仅追求在普通屏幕上通过透视投影显示的逼真图形,而且具有强烈的虚拟现实真三境沉浸感。三维显示,已日益成为主流技术之一。 。

【基本特点】

互动沉浸想象

【技术工具】

三维头盔数据手套数据套装4.6.5三维动态漫游

为了形成动画,必须预先生成一组连续的图形序列,并将图像存储在计算机中。 将一系列预先生成的图像存储在隔离的缓冲区中,并通过翻页创建动画; 图形数组动画以块的形式传输。 每张图片只是全屏图像的一个矩形块,每张图片只操作屏幕的一小部分。 ,这可以节省内存并实现更快的运行时性能。

4.6.6 增强现实技术与地理信息可视化的结合

[增强现实(AR)]

混合现实技术利用计算机技术将虚拟信息应用到现实世界。 真实环境和虚拟物体同时实时叠加在同一画面或空间上。